[論文レビュー] A response to Rubin & Heitlauf: "Is the expansion of the universe accelerating? All signs \emph{still} point to yes"

J. Colin, Roya Mohayaee+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 9, 2019

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 5被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、Ia型超新星から推定される宇宙膨張の見かけ上加速が、CMBのダイポールと一致するダイポール非等方性に強く影響を受けることを再確認している。等方的加速の有意性は、特異速度と光曲線パラメータの依存性を補正しても2.8σにとどまる。研究はルービン＆ハイトラーフの批判に反論し、こうした補正がダイポールの優位性を解消しないことを示し、標準的ΛCDMモデルが光曲線パラメータや太陽系運動に関する強い仮定を導入しない限り、SNe Iaデータから回復できないことを示唆している。

ABSTRACT

We have shown (Colin et al., 2019) that the acceleration of the Hubble expansion rate inferred from Type Ia supernovae (SNe Ia) is, at $3.9\sigma$ significance, a dipole approximately aligned with the CMB dipole, while its monopole component, which can be interpreted as due to a Cosmological Constant or dark energy, is consistent with zero at $1.4\sigma$. This has been challenged by Rubin & Heitlauf (2019) who assert that the dipole arises because we made an incorrect assumption about the SNe Ia light-curve parameters (viz. took them to be sample- and redshift independent), and did not allow for the motion of the Solar system (w.r.t. the 'CMB frame' in which the CMB dipole supposedly vanishes). In fact what has an even larger impact on our finding is that we reversed the inconsistent made for the peculiar velocities of the SNe Ia host galaxies w.r.t the CMB frame, which in fact serve to bias the lever arm of the Hubble diagram towards higher inferred values of the monopole. We demonstrate that even if all such corrections are made consistently and both sample- and redshift-dependence is allowed for in the standardisation of supernova light curves, the evidence for isotropic acceleration rises to just $2.8\,\sigma$. Thus the criticism of Rubin & Heitlauf serves only to highlight that must be made to the SNe Ia data assuming the standard $\Lambda$CDM model, in order to recover it from the data.

研究の動機と目的

• SNe Iaから得られるハッブル膨張速度の見かけ上加速が、特異速度と光曲線パラメータの依存性を補正した後でも頑健であるかどうかを評価すること。
• ルービン＆ハイトラーフの批判、すなわちダイポール信号がSNe Iaの光曲線パラメータに関する誤った仮定や太陽系運動に関する誤解に起因するという主張の妥当性を評価すること。
• 一様な加速成分（ダークエネルギーまたは宇宙定数として解釈される）が、一貫した補正を施した後でも有意に残っているかどうかを特定すること。
• SNe Iaデータから標準的ΛCDMモデルを、便宜的な仮定を導入せずに回復できるかどうかを調査すること。

提案手法

• CMB静止系における補正済み特異速度を用いてSNe Iaデータを再分析し、以前の不整合な処理を逆転させた。
• SNe Iaの光曲線標準化パラメータに、サンプル依存性および赤方偏移依存性を許容し、定数であるという仮定を放棄した。
• 一貫した運動学的補正を施したハッブル図を再計算し、膨張速度のモノポール成分とダイポール成分を分離した。
• 統計的有意性検定を用いて、補正後のモノポール成分の加速の有意性を評価した。この有意性は2.8σにまで低下した。
• CMBダイポールの整合性がハッブル図における推定ダイポールに与える影響を再評価した。
• 完全な補正を行った後でも、ダイポール成分が支配的であり、等方的加速の検出が揺らがされることを示した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 特異速度をCMBフレームで適切に補正した場合、ハッブル膨張速度のダイポール非等方性は依然として持続するか？
• RQ2 赤方偏移およびサンプル依存性を有する光曲線パラメータを許容した場合、加速のモノポール成分の有意性はどの程度か？
• RQ3 光曲線パラメータに関する仮定を導入せず、SNe Iaデータから標準的ΛCDMモデルを回復できるか？
• RQ4 SNe Ia光曲線の標準化に対する補正が、等方的加速の統計的有意性にどのように影響するか？
• RQ5 CMBダイポールの整合性が、ハッブル図における推定ダイポールにどの程度影響を及ぼすか？

主な発見

• 特異速度の補正と、サンプルおよび赤方偏移依存性を有する光曲線パラメータの許容後、等方的加速の有意性は2.8σに低下した。
• ハッブル膨張速度のダイポール成分はCMBダイポールと強く一致しており、持続的な非等方性を示している。
• 元の3.9σのダイポール信号は、より一貫した運動学的補正のもとでも頑健に保たれている。
• 元の分析ではモノポール成分は1.4σでゼロから有意に離れておらず、補正後も依然として弱いままだった。
• ルービン＆ハイトラーフの批判は、元の発見を無効にしないが、ΛCDMモデルをSNe Iaデータから回復するには強い仮定を要することを強調している。
• 結果として、光曲線パラメータに関する仮定や速度補正に関する仮定を導入しない限り、現在のSNe Iaデータから標準的ΛCDMモデルを信頼して抽出することはできないという示唆が得られた。